O que é o tempo?

Mas afinal, o que é o tempo?

Embora o conceito de tempo pareça ser evidente e intuitivo, descrevê-lo é uma tarefa difícil. Como o tempo é considerado uma questão geral não resolvida na Física, os pesquisadores sempre tiveram problemas para explicá-lo de forma objetiva e universal. Em uma dessas tentativas, em 1927, o astrofísico britânico Arthur Eddington, criou o termo “flecha do tempo” para descrever o conceito de “direção única” e “assimetria” do tempo(EDDINGTON, 1928). Contudo, alguns físicos teóricos afirmam que essa sensação de direcionalidade do tempo é apenas uma ilusão, e que todos os instantes da existência no nosso universo, ocorrem em simultâneo. Assim, apesar do conceito de “flecha do tempo” ser óbvio para nós, os atuais modelos de espaço-tempo utilizados na Física nos mostram como o tempo varia de um ponto para o outro, mas não explicam muito sobre o tempo ser uma sequência de eventos(EBADI, 2019).

Em outro trabalho icônico, o físico austríaco Ludwig Boltzmann (1870) propõe haver uma ligação entre o tempo e a entropia, ou seja, o tempo está relacionado ao aumento da desordem do nosso universo. Boltzmann utilizou o princípio da entropia na termodinâmica para explicar que a flecha do tempo vai apenas em uma direção, porque talvez nosso universo esteja se movendo de um estado compacto e “organizado” de baixa entropia para um estado expandido altamente desordenado em direção ao futuro(GRANDY, 2008).

Atualmente, ao definir o conceito de tempo, os físicos estão muito mais preocupados com os aspectos relativísticos desse fenômeno, do que com a sua direcionalidade. O tempo pode ser definido, nos dias de hoje, como a medida das mudanças progressivas do espaço a partir de um determinado ponto de vista. Isso porque, tudo depende de onde está o observador que afere o tempo, já que esta não é uma constante universal, mas sim uma medida relativa que varia conforme a velocidade de movimento e a gravidade impostas a esse observador(WOEHLER, 2009).

O tempo é relativo

Por séculos, o tempo foi tratado como um fenômeno singular e absoluto, como se a progressão do universo fosse governada por um único relógio. Até o início do século XX, ainda haviam pesquisadores tentando, sem sucesso, criar esse tal “relógio universal”. Esse conceito mudou com a Teoria da Relatividade (1905 e 1915) de Albert Einstein, que nos mostrou que: (1) diferentes observadores percebem o tempo de formas distintas, (2) o tempo e o espaço estão conectados, (3) não se pode viajar mais rápido do que a luz, (4) nosso universo tem uma idade. Esta foi a primeira vez que uma teoria combinou espaço e tempo em uma entidade única (espaço-tempo), que define o tempo como sendo relativo e dependente da gravidade e da velocidade a que um corpo é submetido(GREENE, 2001).

Assim, quanto mais rápido um corpo se movimenta, mais devagar passa o tempo para ele. Por exemplo, duas pessoas que se movem com a mesma velocidade irão aferir as mesmas distâncias e tempos decorridos. Entretanto, se uma das pessoas mudar a velocidade elas irão experimentar medidas de tempo e de espaço diferentes.

Além disso, a gravidade também altera a nossa percepção do tempo. Quanto mais intensa é a gravidade, mais devagar o tempo passa. Por exemplo, o tempo para uma pessoa no alto de um prédio passa mais rápido do que para quem está no térreo. Apesar dessa diferença ser extremamente pequena, hoje, com nossa atual tecnologia, já podemos mensurá-la. Por exemplo, o pesquisador James Chin-wen Chou(2010) vem realizando experimentos com relógios atômicos e aferindo diferenças relativísticas com alturas inferiores a 1 metro.

No mundo real, para se verificar a diferença na percepção do tempo entre dois observadores, deve-se considerar os dois efeitos em simultâneo, ou seja, tanto a diferença de velocidade, quanto a diferença de gravidade experimentada por esses observadores. Por exemplo, a estação espacial internacional (ISS, em inglês), está a 400 km de altitude viajando a 27.700 km/h(CHKITMACHER, 2006). Nesse caso, há uma “disputa” de efeitos relativísticos onde a alta velocidade faz o tempo andar mais devagar e a baixa gravidade faz o tempo andar mais rápido. Como os efeitos da alta velocidade são mais intensos do que os efeitos da baixa gravidade, ao realizarmos a soma relativística veremos que o tempo na da ISS passa, sutilmente, mais devagar.

O tempo no universo

Nosso universo tem 13,7 bilhões de anos, de acordo com as nossas melhores estimativas. Contudo, se considerarmos a relatividade nessa medida de tempo veremos que esses 13,7 bilhões de anos são apenas uma percepção particular dos humanos na Terra. Nosso planeta se desloca ao redor do Sol a uma velocidade de 108.000 km/h, o Sol orbita a Via Láctea a 828.000 km/h, e a própria Via Láctea se desloca no vácuo cósmico a uma determinada velocidade, dependendo do referencial considerado. Logo, segundo a teoria da relatividade, como tudo está em movimento, esses 13,7 bilhões de anos do universo, são uma realidade apenas para nós aqui na terra, orbitando o sistema solar, na Via Láctea. Para um observador em um outro planeta orbitando uma determinada estrela de outra galáxia, a idade do universo será percebida diferente(FRAKNOI , 2007).

Isso acontece porque existem dois aspectos que precisam ser considerados ao se verificar como o tempo passa em diferentes planetas. Em primeiro lugar, o que nós chamamos de “dia”, “mês” e “ano” aqui na Terra, terão valores e padrões bem diferentes em outro planeta. Um ano, em nosso planeta, equivale a 365 dias (aproximadamente), tempo que levamos para dar uma volta ao redor de nossa estrela Sol. Um observador, por exemplo, em Marte, experimentará um ano como sendo equivalente a 687 dias marcianos. Logo, a idade do nosso universo teria que ser registrada de acordo com aquilo que se entende como “ano” naquele planeta.

Um segundo aspecto, que também deve ser considerado na aferição do tempo em outro planeta é, obviamente, a própria relatividade. Como cada estrela possui uma massa diferente, sua gravidade, e consequentemente a percepção do tempo nos planetas ao seu redor também será diferente. Assim, cada planeta possui seus próprios efeitos relativísticos, dependendo da estrela que orbitam. Se um observador estiver em planeta, orbitando uma estrela mais massiva que Sol, porém na mesma distância orbital, por exemplo, experimentará o tempo passar mais devagar em relação a quem está na Terra.

Viagem no tempo

À medida que nos aproximamos de objetos supermassivos ou atingimos velocidades bem próximas à da luz, nossos relógios são drasticamente desacelerados(GREENE, 2001). Se um observador fosse capaz de ser submetido a esses efeitos, experimentaria fenômenos relativísticos que vão muito além de nossa imaginação. Por exemplo, se uma pessoa entrasse em uma espaçonave aqui na Terra e viajasse por 1 ano a 297.000 km/s (aproximadamente 99% da velocidade da luz), quando retornasse, teriam passado 7,3 anos aqui no nosso planeta. Isso acontece porque, tudo ficou mais lento dentro da nave durante a viagem em relação ao cotidiano terrestre. Esse fenômeno se chama dilatação temporal, e é explicado pela Teoria da Relatividade Restrita.

Quanto mais rápido uma espaçonave se mover, mais devagar o tempo passará dentro dela. A partir de 99% da velocidade da luz essa dilatação temporal começa a se tornar absurdamente alta. Se a espaçonave, citada anteriormente, acelerasse mais um pouquinho, por exemplo, mais 0,99% da velocidade da luz, estaria viajando à 299.765 km/s (aproximadamente 99,99% da velocidade da luz), e, nesse caso, quando ela retornasse teriam passados 73 anos aqui na Terra!

À medida que nos aproximamos da velocidade da luz, precisamos de uma quantidade crescente de energia para mover um corpo com massa. No exemplo anterior, seria necessário 10 vezes mais energia apenas para acelerar a espaçonave de 99% a 99,99% da velocidade da luz. Apesar de não parecer muito intuitivo, quando se está acima de 99% da velocidade da luz, qualquer alteração decimal na velocidade tem efeitos expressivos, tanto na passagem do tempo, quanto no consumo de energia.

Observe que, por mais energia que seja utilizada para mover um corpo com massa, ele jamais atingirá a velocidade da luz, pois, segundo as fórmulas da teoria da relatividade, seria necessária uma quantidade infinita de energia para tal feito. Apesar de haver essa impossibilidade técnica, esse é um assunto que desperta a imaginação de muitos entusiastas da Física, que afirmam, que, no futuro, certamente encontraremos um meio. Um dos encantos desses entusiastas está relacionado à dilatação temporal em si. Corpos que atingem a velocidade da luz têm dilatação temporal máxima, ou seja, o tempo pára para quem está à velocidade da luz! Isso significa que, em teoria, um viajante à velocidade da luz, conseguiria chegar a qualquer lugar do universo visível instantaneamente, pois teria o seu tempo “congelado” durante toda a viagem.

Alguns aficionados sobre o assunto vão mais longe ainda, fazendo especulações sobre o que aconteceria se nós ultrapassássemos a velocidade da luz. Nesse caso, eles defendem, que, a única coisa mais lenta do que estar parado é voltar no tempo! Segundo essa hipótese, já que, quem viaja a velocidade da luz tem o seu relógio “congelado”, quem a ultrapassasse teria o seu relógio retrocedido(GOTT, 2002)!

Outra hipótese, discute a possibilidade de se viajar no tempo através de buracos negros, que são corpos extremamente densos, formados no final da vida de algumas estrelas supermassivas. Como a aceleração da gravidade nesses monstros cósmicos é intensa (nem mesmo a luz consegue escapar), especula-se que fenômenos irracionais podem estar acontecendo em seu interior, já que, as leis da física estariam sendo alteradas. Essa hipótese propõe que, se nem mesmo a luz escapa de um buraco negro, então a aceleração da gravidade em seu interior é maior que a velocidade da luz. Logo, se um viajante está se deslocando mais rápido que a luz, então ele estaria retornando no tempo(DAVIES,2003).

Os defensores dessa hipótese afirmam que, dentro de um buraco negro há uma espécie de troca relativística. Eles explicam que, em nosso universo, temos liberdade para nos mover em qualquer direção, porém estamos presos a “flecha do tempo” que nos conduz apenas para um lado, o futuro. Contudo, se atravessamos o horizonte de eventos de um buraco-negro, ponto a partir do qual não se consegue mais escapar, experimentaríamos uma inversão de efeitos, ou seja, não teríamos mais a liberdade de viajar em qualquer direção, mas poderíamos ir para qualquer lugar do tempo.

Em outro trabalho, o Dr. Ronald Mallett, defende, cientificamente, a possibilidade de se viajar no tempo através da construção de uma “máquina do tempo“. Motivado pela possibilidade de ver seu pai novamente, que morreu de infarto aos 33 anos quando ele tinha apenas 10 anos, Mallett vem buscando conhecimento e recursos financeiros para a construção desse dispositivo(MALLETT, 2008).

Sua hipótese se baseia na premissa de que, se, segundo Einstein, a gravidade afeta o tempo e a luz pode criar gravidade, então a luz pode afetar o tempo. Para isso, ele vem buscando estratégias para torcer o espaço, em altíssimas velocidades, através de um raio de luz. Como o espaço está conectado ao tempo, então torcer o espaço também torceria o tempo de forma que seria possível criar uma espécie de loop onde poderíamos viajar para qualquer lugar desse loop. Segundo Mallett, essa técnica possibilitaria viajar de volta para o passado utilizando o campo gravitacional extremamente forte criado pelo raio de luz circular, da mesma forma que se sugere em um buraco negro.

A máquina do tempo de Mallet, no entanto, possui uma limitação: só se poderia enviar algo para um passado, que aconteceu após a construção da máquina. Isso porque o loop ou “circunferência” criado por essa máquina consideraria somente o intervalo de tempo que vai do momento em que ela foi ativada, até o momento atual da máquina. Em outras palavras, nós não poderíamos visitar nossos ancestrais, mas nossos descendentes poderiam nos visitar, uma vez que essa máquina do tempo tenha sido ligada.

Apesar das expectativas, vale ressaltar que, no estágio atual do seu trabalho, o Dr. Mallett ambiciona apenas enviar mensagens para o passado, através de partículas sem massa. Isso porque, fazer um corpo com massa viajar próximo a velocidade da luz ainda é uma tarefa difícil de ser alcançada, como já foi mencionado nesse artigo.

Por fim, é bom termos muita cautela em relação às hipóteses mostradas nessa seção sobre como retornar no tempo. Isso porque, com base no que sabemos a respeito da astrofísica até agora, todas essas hipóteses são ainda consideradas falácias em que a teoria da relatividade está sendo extrapolada ou suas fórmulas mal interpretadas. Sabemos que, as leis da física no nosso universo, nos permitem viajar para o futuro, se os fenômenos relativísticos da dilatação temporal forem considerados. Contudo, viajar para o passado ainda é uma impossibilidade. Apesar de, na ficção, esse assunto ser amplamente explorado, até hoje, nenhum método efetivo que possibilitasse retroceder no tempo pode ser comprovado.

Hackeando o tempo

Além dos fenômenos relativísticos do tempo, amplamente investigados nos últimos anos, a ciência tem pesquisado outras formas de se lidar com esse fenômeno, que são igualmente interessantes.

A criogenia, ciência que estuda os fenômenos que ocorrem em temperaturas muito baixas, tem obtido resultados bastante satisfatórios na tentativa de retardar ou até mesmo, parar, os efeitos do tempo(RADEBAUGH, 2020). Na medicina, esta ciência investiga formas de se manter tecidos e órgãos vivos no frio, por um longo período. Esta técnica consiste em parar o metabolismo das células, que, “congelam no tempo” em temperaturas inferiores a -133°, podendo, dessa forma, ser armazenadas por tempo indeterminado. Atualmente, sua principal utilidade tem sido o armazenamento de estruturas “vivas”, como, por exemplo, células-tronco, órgãos para transplantes e pele para enxerto(DA SILVA, 2017). No entanto, alguns futuristas, afirmam que esta também poderia ser uma técnica útil em viagens espaciais extremamente demoradas, onde o viajante ficaria em estado criogênico durante sua jornada(BRADDOCK, 2018).

Outra área de estudos, investiga métodos de retardar (ou até parar) o envelhecimento de seres humanos através de técnicas da medicina regenerativa. Aubrey de Grey(2007), é um dos pioneiros dessa área, pesquisando desde 1999, métodos de se rejuvenescer o corpo humano e assim perpetuar a vida. Em seu trabalho, ele estabelece uma lista com propostas para terapias de reparo a danos celulares causados por processos metabólicos naturais. A comunidade científica, no entanto, tem estado cética em relação aos trabalhos de De Grey, pois, até agora, nenhuma de suas terapias apresentou resultados satisfatórios no sentido de se estender a vida.

Por fim, outra forma de estarmos hackeando o tempo envolve aspectos psicológicos do ser humano, e não físicos. À medida que envelhecemos, temos a falsa percepção de que o tempo está passando mais rápido. Isso acontece porque a rotina da vida adulta acaba criando ciclos repetitivos no nosso dia-a-dia, que nos impedem de identificar a passagem do tempo. A repetição contínua de eventos similares em um mesmo ambiente nos impossibilita, por exemplo, de reconhecer se um fato ocorreu ontem ou há 3 dias, pois as cenas cotidianas são análogas. Estar exposto a novas experiências ou novos ambientes pode fazer o tempo parecer passar mais devagar, pois estamos, dessa forma, criando registros distintos em nossa memória que nos auxiliam a contabilizar corretamente o nosso relógio interno. Algumas pesquisas mostram que, a percepção de 1 ano para uma criança de 10 anos, que diariamente é exposta a novidades, equivale a 10% de sua vida, enquanto que 1 ano para um adulto de 40 anos, imerso na rotina, equivale a apenas 2,5% de sua vida(TAYLOR, 2007).

Conclusão

Nesse artigo, discutimos o que sabemos sobre o tempo até agora. Mostramos que ele é uma grandeza relativa, e não absoluta, como imaginávamos no passado. Vimos que, apesar dele ser fenômeno bidirecional, ainda estamos presos a essa “frecha do tempo” que nos move do presente para o futuro. Verificamos que o tempo passa de forma diferente em outros planetas, e que as máquinas do tempo, até o momento, só existem na ficção. Vimos ainda que os humanos lidam com outras formas de driblar o tempo, além da relatividade.

Vídeos relacionados

Ficção e documentários relacionados

No cinema, o tema “tempo” tem sido amplamente explorado nos últimos anos. Nessa seção, apresentamos uma pequena amostra, não exaustiva, de alguns dos últimos trabalhos produzidos.

A Máquina do Tempo (2002)

Um cientista constrói uma máquina do tempo para tentar reverter a morte de sua noiva. Logo ele descobre que os eventos da linha do tempo aconteceram de uma forma, ou de outra, não importando o que ele faça.

Armadilha do Tempo (2017)

Grupo de jovens se perde dentro de uma caverna, onde a dilatação do tempo é absurda.

Lapso Temporal (2014)

Em uma espécie de “vila de quitinetes”, três jovens descobrem, em uma das casas uma espécie de máquina fotográfica, capaz de obter imagens do vizinho da frente com 24 h de antecedência. Eles resolvem tirar proveito do seu novo “poder”, mas logo descobrem que a máquina faz algumas exigências. Uma vez que uma cena seja fotografada, ela tem que acontecer no futuro, por mais humilhante que seja, pois, do contrário, eles morrem!

Projeto Lazarus (2018)

Um homem é diagnosticado com uma doença que lhe dá apenas mais um ano de vida. Ele decide então congelar o seu corpo, ainda vivo. Em 2084, ele se torna o primeiro homem a ser reanimado da criogenia. O filme especula sobre todos os problemas relacionados ao processo de reanimação criogênica.

The Immortalists (2014)

Documentário onde Aubrey de Grey e outros cientistas falam sobre as possibilidades de se interromper / reverter o envelhecimento.

Referências

BRADDOCK, Martin. Concepts for deep space travel: from warp drives and hibernation to world ships and cryogenics. Curr Trends Biomed Eng Biosci, v. 12, p. 555847, 2018.

CHKITMACHER, Gary H. Reference guide to the international space station. 2006.

CHOU, Chin-Wen et al. Optical clocks and relativity. Science, v. 329, n. 5999, p. 1630-1633, 2010.

DA SILVA, Artur Alves Rodrigues; RODRIGUES, Cláudio Gabriel; DA SILVA, Marcia Bezerra. Avanços tecnológicos na criopreservação de células-tronco e tecidos, aplicados à terapia celular. Revista da Biologia, v. 17, n. 1, p. 13-18, 2017.

DAVIES, Paul. How to build a time machine. Penguin, 2003.

DE GREY, Aubrey; RAE, Michael. Ending aging: The rejuvenation breakthroughs that could reverse human aging in our lifetime. St. Martin’s Press, 2007.

EBADI, Behrooz. Arrow of time: A physical concept with philosophical roots: Philosophy of physics. International Journal of Fundamental Physical Sciences, v. 9, n. 3, p. 37-40, 2019.

EDDINGTON, Arthur Stanley. The Nature of the Physical World. Reino Unido: Macmillan, 1928.

FRAKNOI, Andrew. How fast are you moving when you are sitting still?. The Universe in the Classroom, v. 71, p. 1-5, 2007.

GOTT, J. Richard. Time travel in Einstein’s universe: the physical possibilities of travel through time. Houghton Mifflin Harcourt, 2002.

GRANDY JR, Walter T. Entropy and the time evolution of macroscopic systems. OUP Oxford, 2008.

GREENE, Brian. O universo elegante: supercordas, dimensões ocultas e a busca da teoria definitiva. Companhia das Letras, São Paulo, 2001.

MALLETT, Ronald L.; HENDERSON, Bruce. The Time Traveller: A Scientist’s Personal Mission to Make Time Travel a Reality. Random House, 2008.

RADEBAUGH, Ray. Cryogenic technology resources. 2020. <LINK>. Acesso em: 30 de Jul de 2021.

TAYLOR, Steve. Making time: why time seems to pass at different speeds and how to control it. Icon, 2007.

WOEHLER, Kai. The Search for the Meaning of Space, Time, and Matter: Images of Many Travels. Xlibris Corporation, 2009.

Cite-nos

SANTOS, Gabriel. O que é o tempo? Ciência Mundo, Rio de Janeiro, mar. 2021. Disponível em: . Acesso em: .

Fábio Santos

Graduado em Sistemas de Informação pela FEUC-RJ e mestre em Representação de Conhecimento e Raciocínio pela UNIRIO. Fábio é editor e fundador do portal Ciência Mundo. É dedicado à produção de conteúdos relacionados a astronomia, física, arqueologia e inteligência artificial.